JP2004216212A - 圧縮空気の除湿装置および除湿再熱装置 - Google Patents
圧縮空気の除湿装置および除湿再熱装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】配管内で結露しない程度に除湿する場合に採用しうる、消費電力が少なく、無駄な体積減少が少ない圧縮空気の除湿再熱装置を提供する。
【解決手段】クーリングタワーＣＴによって供給される冷却水と熱交換するアフタークーラ２２と、再熱用熱交換器２１とを備えた除湿再熱装置１２。コンプレッサ１１から供給される圧縮空気を通す供給エア管路２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄと、クーリングタワーＣＴへの井水を補給する補給水管路２３と、両者の間で熱を交換する熱交換器２４と、コンプレッサ１１から出てくる供給エア（２０）と、熱交換器２４から出てくる供給エア（２０ｃ）との間で熱交換する再熱用熱交換器２１とを備えている。井水利用の熱交換器２４は、アフタークーラ２２の下流側に設けられ、再熱用熱交換器２１は、井水との熱交換器２４の下流側に設けられている。
【選択図】 図１
【解決手段】クーリングタワーＣＴによって供給される冷却水と熱交換するアフタークーラ２２と、再熱用熱交換器２１とを備えた除湿再熱装置１２。コンプレッサ１１から供給される圧縮空気を通す供給エア管路２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄと、クーリングタワーＣＴへの井水を補給する補給水管路２３と、両者の間で熱を交換する熱交換器２４と、コンプレッサ１１から出てくる供給エア（２０）と、熱交換器２４から出てくる供給エア（２０ｃ）との間で熱交換する再熱用熱交換器２１とを備えている。井水利用の熱交換器２４は、アフタークーラ２２の下流側に設けられ、再熱用熱交換器２１は、井水との熱交換器２４の下流側に設けられている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮空気の除湿装置および除湿再熱装置に関する。さらに詳しくは、工場内の圧縮空気用配管などに圧縮空気を供給する圧縮空気供給システムに用いる除湿装置および除湿再熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献１】墨田施設工業株式会社のクーリングタワー式の圧縮空気脱湿脱油装置（商品名ハイグロマスター）のカタログ
【特許文献１】特開昭４８−９１６６８号公報
【０００３】
従来の工場内の圧縮空気配管への圧縮空気の供給は、たとえば図５に示すような、２段圧縮式のコンプレッサ１０１と、そのコンプレッサから供給される圧縮空気を冷却して除湿するための冷凍式のドライヤ１０２とから構成される圧縮空気供給システム１００によって行われている。前記コンプレッサ１０１の１段目の圧縮部１０３から２段目の圧縮部１０４に到る管路の途中には、インタークーラ１０５が介在されている。そのインタークーラ１０５は、第１のクーリングタワーＣＴ１から供給される冷却水で冷却される。さらに２段目の圧縮部１０４の出口側に連結される供給エア管路１０７は、前記第１のクーリングタワーＣＴ１から供給される冷却水で冷却されるアフタークーラ１０８に連結され、さらに前述のドライヤ１０２に到っている。前記第１のクーリングタワーＣＴ１には、井水などを補給水として供給する補給水管路１０９が連結されている。なお、符号１１０は冷却水用のポンプである。
【０００４】
前記冷凍式のドライヤ１０２は、供給エア管路１０７に介在される蒸発器１１２と、その蒸発器１１２から戻ってくる冷媒の蒸気を圧縮する圧縮機（コンプレッサ）１１３と、供給エア管路１０７における蒸発器１１２の下流側に設けられ、前記圧縮機１１３から出てくる高温高圧の冷媒蒸気と供給エア管路１０７内の空気とを熱交換して圧縮空気を３０℃程度まで加熱するレヒータ１１４とを有する。さらにこのドライヤ１０２は、第２のクーリングタワーＣＴ２と、そのクーリングタワーからの冷却水とレヒータ１１４から出てくる冷媒とを熱交換する熱交換器（凝縮器）１１６を備えている。その熱交換器１１６から出てくる冷媒が、蒸発弁１１７を介して前記蒸発器１１２に送られ、気化熱で圧縮空気を冷却・除湿するように配管している。なお、クーリングタワーＣＴ１、ＣＴ２は、とくに２台に分ける必要ななく、１台のクーリングタワーからコンプレッサ１０１と冷凍式のドライヤ１０２に冷却水を供給してもよい。
【０００５】
他方、非特許文献１には、図６に示すような、クーリングタワー式の圧縮空気脱湿脱油装置１２０が開示されている。この装置では、クーリングタワー１２１から冷却水循環ポンプ１２２で送り出される冷却水が、冷却除湿塔１２３内で圧縮空気と熱交換され、再びクーリングタワー１２１に戻るように構成されている。冷却除湿塔１２３には、空気入り口１２４から流入した圧縮空気が冷却除湿され、上部の空気出口１２５から出ていく。符号１２６は、圧縮空気から除かれた水分を排出するためのドレンである。このものは、冷凍機を用いずに、クーリングタワー１２１から供給される冷却水で圧縮空気を除湿する点で、図５のものより簡易な構成となっている。なお、図５の装置におけるアフタークーラ１０８に代えて、冷却除湿作用を奏する冷却除湿塔１２３を採用したものとも考えられる。
【０００６】
特許文献１には、上記の非特許文献１の冷却除湿塔１２３に、冷却液を散布し、それにより圧縮空気中の油分を溶解して捕捉する圧縮空気除油除湿方法および装置が開示されている。このものの除湿作用は、非特許文献１と同様であると考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図５の一般的な圧縮空気供給システム１００は、冬季のもっとも不利な条件で冷凍式のドライヤ１０２を選定し、除湿を行うので、供給される圧縮空気の除湿は充分に行われ、高品質な圧縮空気を供給することができる。しかし冷凍冷却を用いるので、消費動力が大きく、過除湿による無駄な体積減少が行われるといった問題がある。また、冷却水の水質維持のために井水などを補給水として利用しているが、その冷熱は充分に活用されていない。
【０００８】
他方、非特許文献１の装置１２０は、冷凍機が不要である半面、充分な除湿作用を得るには大がかりな冷却除湿塔１２３が必要である。また、この装置１２０においても、クーリングタワー１２１に供給される補給水の冷熱が有効利用されておらず、無駄に消費されている。
【０００９】
本発明は、配管内で結露しない程度、すなわち過度の低露点を必要としない程度の圧縮空気の除湿の要求に対して好適に採用することができ、消費電力が少なく、過除湿による無駄な体積減少が少ない圧縮空気の除湿再熱装置を提供することを技術課題としている。さらに本発明は、クーリングタワーに用いられる補給水の冷熱の有効利用を図り、それにより消費電力を低減させうる圧縮空気の除湿装置を提供することをも技術課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧縮空気の除湿装置（請求項１）は、クーリングタワーによって供給される冷却水と熱交換するアフタークーラを備えたコンプレッサに用いる除湿装置であって、前記コンプレッサから供給される圧縮空気を通す供給エア管路と、前記クーリングタワーに水を補給するための補給水管路と、前記供給エア管路の途中に介在される前記アフタークーラの下流側に設けられ、供給エア管路と補給水管路との間で熱を交換する熱交換器とを備え、前記補給水管路内の補給水によって圧縮空気を冷却するものであることを特徴としている。
【００１１】
本発明の除湿再熱装置（請求項２）は、前記除湿装置と、その除湿装置の熱交換器から出てくる供給エアと前記アフタークーラ上流側の高温エアとの間で熱交換する再熱用熱交換器とを備えていることを特徴としている。
【００１２】
【作用および発明の効果】
本発明の除湿装置（請求項１）は、クーリングタワーに補給される井水などの補給水と圧縮空気との間で熱交換する熱交換器を採用しているので、補給水の冷熱を有効に利用することができる。なお、クーリングタワーに送られる補給水は、クーリングタワー内で利用されている水の自然蒸発などによる不足分を補ない、水質を維持するだけのものであるので、幾分かの温度上昇には影響されない。本発明の装置では、その未利用エネルギを有効活用し、冷凍冷却を行わないことにより、動力消費を削減することができる。さらに本発明の装置では上記のように冷凍冷却によらないため、適度な除湿が行われ、過除湿による体積減少を小さくすることができる。
【００１３】
また、コンプレッサから出てきた高温の圧縮空気を、一旦クーリングタワーから送られる冷却水である程度冷却し、その後、さらに低い温度場が得られる井水などの補給水で過冷却するので、冷却除湿効果が高い。
【００１４】
本発明の除湿再熱装置（請求項２）は、前記除湿装置と同一の作用効果を奏する。さらに熱交換器から出てくる圧縮空気が、前記アフタークーラ上流側の高温エアによって再熱される。そのため最終的に送出される圧縮空気が体積膨張し、エネルギが増加する。それにより、アフタークーラで熱交換され、クーリングタワーで放熱されていた熱エネルギを有効に利用することができ、コンプレッサの運転動力を削減することができる。さらに温度上昇により、管内結露が生じにくくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎに図面を参照しながら本発明の除湿再熱装置の実施の形態を説明する。図１は本発明の除湿再熱装置を備えた圧縮空気供給システムの全体を示す配管系統図、図２および図３はそれぞれ図１のシステムの除湿再熱装置の作用を示すグラフ、図４は本発明の除湿再熱装置を備えた圧縮空気供給システムの他の実施形態を示す配管系統図である。
【００１６】
図１の圧縮空気供給システム１０は、コンプレッサ１１と、そのコンプレッサから供給される圧縮空気を冷却して除湿し、さらに再熱するための除湿再熱装置１２とから構成されている。このコンプレッサ１１は、図５の圧縮空気供給システム１００に用いられているものと実質的に同じものであるが、アフタークーラ２２がコンプレッサ１１の内部でなく、除湿再熱装置１２側に配置されている。なおこのシステム１０ではクーリングタワーＣＴが１基だけであるが、図４や図５の場合と同様に、２基、あるいはそれ以上設けてもよい。
【００１７】
この実施形態では、コンプレッサ１１として、１段目の圧縮部１４から２段目の圧縮部１５に到る管路１６の途中にインタークーラ１７を備えている２段圧縮式のタイプを採用している。各圧縮部１４、１５を構成するコンプレッサの形式は、レシプロ式、ターボ式、スクリュー式のいずれでもよいが、通常はスクリュー式が多く用いられる。１段目の圧縮部１４および２段目の圧縮部１５は共通のモータＭで駆動される。前記インタークーラ１７は、クーリングタワーＣＴから供給される冷却水と熱交換して冷却されるように、冷却水供給管路１８および戻り管路１９でクーリングタワーＣＴに連結されている。冷却水の温度はたとえば１０℃〜３２℃程度であり、夏期を考慮して設計ではたとえば３２℃程度に設定する。クーリングタワーＣＴには、補給水管路２３により井水が補給水として供給される。
【００１８】
前記２段目の圧縮部１５の出口側には供給エア管路２０が連結され、その供給エア管路２０が前述の除湿再熱装置１２側に接続されている。この除湿再熱装置１２では、前記コンプレッサ１１から出てくる供給エア管路２０が再熱用熱交換器２１の高温側に接続され、その再熱用熱交換器２１の高温側から出てくるエア供給管路２０ａは、さらにアフタークーラ２２に連結されている。このアフタークーラ２２には、前記クーリングタワーＣＴから分岐された冷却水供給管路１８および戻り管路１９で供給される冷却水と熱交換されて冷却される。冷却水供給管路１８で供給される水は、前述と同じ温度、すなわち１０〜３２℃程度であり、設計では３２℃程度である。戻り管路１９でクーリングタワーＣＴに戻る水は、たとえば１５℃〜４２℃程度であり、設計では３７℃程度に設定される。
【００１９】
アフタークーラ２２から出てくるエア供給管路２０ｂは、さらに井水利用の熱交換器２４に連結されている。この熱交換器２４は、前記補給水管路２３から分岐される接続管路２３ａ、２３ｂと連結されており、アフタークーラ２２から出た圧縮空気はクーリングタワーＣＴに供給される前の井水（補給水）でさらに冷却され、除湿される。井水の温度はたとえば１５℃〜２０℃程度であり、設計では２０℃程度である。
【００２０】
この熱交換器２４から出てくるエア供給管路２０ｃは、アフタークーラ２２で冷却される前の圧縮空気と熱交換されるように、前述の再熱用熱交換器２１の低温側に戻るように接続されている。そして再熱用熱交換器２１の低温側から出てくるエア供給管路２０ｄ、すなわち除湿再熱装置１２から出ていく配管は、最終的に工場内配管など、目的とする配管に接続される。
【００２１】
なお、その再熱用熱交換器２１の低温側に入る前のエア供給管路２０ｃと、出てからのエア供給管路２０ｄとは、バイパス管路２５によって接続されており、その途中に流量調整バルブＶ１が介在されている。その流量調整バルブＶ１の開閉アクチュエータは、前記出てからのエア供給管路２０ｄの温度を検出する温度センサＴからの信号で開度が調節されるように、温度制御装置ＴＩＣ１と信号伝達可能に連結されている。使用される信号は通常は電気信号であるが、圧力信号など、他の信号でもよい。その温度制御装置ＴＩＣ１では、エア供給管路２０ｄ内の圧縮空気の温度が所定の温度よりも高くなると、バイパス管路２５の流量を増大させて再熱用熱交換器２１を通らない圧縮空気の流量を多くし、除湿再熱装置１２から出ていく圧縮空気の温度を下げる。逆に温度が低くなるとバイパス管路２５の流量を減らすように制御させる。調節する温度範囲は圧縮空気の目的によって異なるが、熱膨張によって内部エネルギを増加させるのに好ましい範囲、たとえば５０℃〜６０℃とする。
【００２２】
前記温度センサＴは、供給エアが消費されるユースポイントの近傍に設置し、そのユースポイントでの圧縮空気温度などを検出するのが好ましい。それにより、ユースポイントでの最適な温度となるように温度制御装置ＴＩＣ１で調整した圧縮空気を供給することができる。
【００２３】
前述のように、クーリングタワーＣＴに井水（補給水）を供給する補給水管路２３は、接続管路２３ａ、２３ｂおよび熱交換器２４を通った上でクーリングタワーＣＴに接続されるが、この実施形態では、熱交換器２４に入る前の接続管路２３ａと出てからの接続管路２３ｂの間を接続するバイパス管路２７を設け、その途中に流量調整バルブＶ２を介在している。この流量調整バルブＶ２は、井水の温度やクーリングタワーからの冷却水の温度を検出するセンサＴ１、Ｔ２と制御装置ＴＩＣ２によって、Ｔ２＜Ｔ１のとき、補給水（井水）を熱交換器２４を通さずにバイパスさせるように制御する。ただしバイパス管路や流量調整バルブはとくに設けなくてもよい。
【００２４】
上記のように構成される除湿再熱装置１２では、コンプレッサ１１から供給される圧縮空気が再熱用熱交換器２１で冷却される。圧縮空気の温度はたとえば１８０℃〜２２０℃、とくに２００℃であり、その温度から１６５℃程度まで低下する。圧縮空気はアフタークーラ２２でさらに冷却され、たとえば３５℃〜４５℃まで、とくに３７℃まで冷却される。さらにその圧縮空気は井水を用いた熱交換器２４で、たとえば２０℃〜３０℃まで、とくに２５℃まで冷却される。そしてこのような一連の冷却により、圧縮空気中に含まれていた水分が凝縮されて水滴となり、ドレンを通じて排出される。それにより管路内に結露をしない程度に乾燥した圧縮空気が供給される。
【００２５】
さらに上記の実施形態では、井水を利用した熱交換器２４から出てくる圧縮空気が再熱用熱交換器２１により、たとえば５０℃〜７０℃まで、とくに６０℃まで加熱される。それにより圧縮空気が絶対温度の比で体積膨張し、供給できるエネルギが増加する。なお、圧力が一定であれば容積が増加し、容積が制限されていれば圧力が増加することになる。たとえば井水を用いた熱交換器２４で２５℃まで冷却された空気を再熱用熱交換器２１で、６０℃まで加熱すると、（６０＋２７３）／（２５＋２７３）≒１．１５まで熱膨張することになり、圧力が一定とすれば、送出する圧縮空気の容積が約１５％増加することになる。すなわち送出するエネルギが約１５％増加することになり、再熱を行わない場合に比して、コンプレッサ１１を稼働する動力をその分、削減することができる。それにより、省力化および二酸化炭素排出量の低減に資することができる。さらに単に再熱用熱交換器２１の加熱により供給される圧縮空気の相対湿度が下がるので、エア供給管２０ｄに管内結露が生じにくくなる利点がある。上記のように、再熱用熱交換器２１を用いることにより、アフタークーラで熱交換され、クーリングタワーにて大気へ放熱されていた熱エネルギを有効に利用することができ、コンプレッサ動力を削減することができる。
【００２６】
つぎに図２を参照して、上記の除湿再熱装置１２で圧縮空気を除湿する作用を説明する。図２の横軸ｘは圧縮空気の温度ｔであり、縦軸ｙは絶対湿度である。そして破線で示す第１曲線Ｓ１は、圧縮空気が７Ｋのときの飽和蒸気（露点）を示す曲線である。また、実線で示す第２曲線Ｓ２は、除湿再熱装置１２に入ってきた圧縮空気が冷却および加熱によって温度および湿度が変化していく状態を示している。すなわちコンプレッサ１１から出た直後の圧縮空気は、第２曲線Ｓ２の上の符号Ｊ１で示す点（温度２００℃、絶対湿度２０ｇ／ｋｇ）であり、アフタークーラで冷却されるに従って矢印Ｎのように温度および湿度が低下する。なお第２曲線Ｓ２上の符号Ｒは、再熱に使用することで冷却されたことを示す。ただしこの冷却の負荷は小さい。
【００２７】
そして圧縮空気が第１曲線Ｓ１に交わると（符号Ｊ２）、すなわち露点まで低下した後（温度３７℃、絶対湿度５．８ｇ／ｋｇ）、さらに井水を利用した熱交換器により符号Ｊ３の位置（２５℃程度）まで冷却される。それにより絶対湿度が２．９ｇ／ｋｇ程度まで低下する。この状態で再熱により６０℃程度まで加熱されると、絶対湿度が変わらず、相対湿度が１０〜２０％程度まで低下し、乾燥した圧縮空気が得られる。なお、図２のグラフで符号Ｋは、外気温（たとえば３３℃）であり、供給される圧縮空気の絶対湿度はこの点の露点より下側であるので、エア供給管２０ｄの管路内では結露が生じない。
【００２８】
ちなみに図２の符号Ｊ４は、図５のような従来の冷凍式ドライヤで圧縮空気を除湿する場合を示しており、管路の結露を防止するレベルよりも遙かに低温まで冷却していることが分かる。その場合は過度の冷却で体積減少が大きくなっている。
【００２９】
図３は図１の除湿再熱装置１２と図５の冷凍式のドライヤ１０２の除湿作用を比較して示すグラフである。コンプレッサ１１、１０１から供給された圧縮空気は双方とも乾燥空気（乾空気）Ａと水分Ｗを含有している。図１の除湿再熱装置１２では、この水分Ｗのうち、符号Ｗ１に相当する水分を除湿しており、そのため除湿後の送気量はＡ＋Ｗ２である。他方、冷凍式のドライヤ１０２では、符号Ｗ３に相当する水分を除湿しており、そのため送気量はＡ＋Ｗ４である。したがって管路に結露を生じない程度の除湿でよいのであれば、冷凍式のドライヤでは、いわば「Ｗ２−Ｗ４」の過除湿を生じている。そして必要な動力についても、図１の除湿再熱装置１２の方が、冷凍機が不要である分、少なくて済む。
【００３０】
上記のようにクーリングタワーＣＴとアフタークーラ２２による冷却除湿、井水を用いた熱交換器２４による冷却除湿、さらに再熱用熱交換器２１による再熱・熱膨張を組み合わせると、冷凍機を用いなくても管路内結露を生じない程度の除湿が実現できる。そして再熱による熱膨張を用いていることも相まって、冷凍機を用いる場合よりも送気量が増加し、動力も減少させることができる。
【００３１】
前述の除湿再熱装置の実施形態では再熱用熱交換器２１によって供給前の圧縮空気を再熱しているが、場合によっては再熱せずに直接用途の管路に供給するようにしてもよい。その場合でも、井水などのクーリングタワーの補給水で圧縮空気を冷却除湿することに基づく、使用動力の減少、過剰な体積減少の抑制など、前述の作用効果を奏することができる。その場合は除湿再熱装置ではなく、除湿装置となる。
【００３２】
図４に示す圧縮空気供給システム３０は、クーリングタワーＣＴ１、ＣＴ２を２基設けている点、および熱交換器２４とアフタークーラ２２を１台の除湿塔３１内に一体に設けた点を除けば実質的に図１のシステム１０と同じである。このシステム３０では、クーリングタワーは、コンプレッサ１１に冷却水を供給する第１クーリングタワーＣＴ１と、アフタークーラ２２に冷却水を供給する第２クーリングタワーＣＴ２に分かれている。ただし図１の場合と同じく、１基で両方に冷却水を供給するようにしてもよい。これらの冷却塔は、いずれも密閉型、開放型のいずれを用いてもよい。前記除湿塔３１は、下方から導入した圧縮空気を矢印Ｐで示すように、一旦上方にあげる管路３２を備えている。そしてアフタークーラ２２は、その下側に設けた熱交換器２４と組み合わされており、一旦上昇した圧縮空気がアフタークーラ２２と熱交換器２４に順に通されて冷却されるようにしている。なお、符号３３は圧縮空気中の水滴を取り除くためのデミスタであり、符号３４はエア供給管路２０ｄに設けたフィルタである。
【００３３】
すなわちこの冷却除湿塔３１では、コンプレッサ１１からでた圧縮空気はまずアフタークーラ２２において第２クーリングタワーＣＴ２から供給される冷却水と熱交換されて冷却され、ついで熱交換器２４において、さらに低温の井水で過冷却される。そして上昇する途中でデミスタ３３で水分が取り除かれ、除湿される。さらに除湿された圧縮空気は、再熱用熱交換気器２１で加熱されて体積が膨張し、圧縮空気の送出量が増大すると共に、管内結露が一層防止される。また、熱交換器２４とアフタークーラ２２を１台の冷却除湿塔３１で一体化することにより、装置がコンパクトになる。さらに冷却除湿塔３１を耐圧性のタンクとすることにより、圧力の脈動を抑制するエアバッファの作用が奏される。したがって別途エアバッファを設ける必要がない。
【００３４】
【実施例】
つぎに具体的な除湿装置の実施例をあげて、その作用および効果を説明する。なお、この実施例は、一般的な環境および要求仕様に基づいて設計した値に基づくものである。
（ａ）［井水利用の熱交換の効果］
アフタークーラにより冷却された圧縮空気の温度（露点温度）は、
ｔａｂ＝冷却水入口温度（ｔｗ）＋α
と表すことができる。ただしαは熱交換後の圧縮空気と冷却水の温度差である。外気条件が、気温３３℃、湿度６３％、湿球温度（ｗＢ）２７℃のとき、アフタークーラへの冷却水送水はｔｗ３２℃となる。前記温度差αを５℃とすると、アフタークーラから出てくる圧縮空気の温度は、
ｔａｂ＝３７℃（３２＋５℃）
となる。この状態は図２の符号Ｊ２に対応する。またこの時の絶対湿度Ｘａｂ＝５．８（ｇ／ｋｇ’）である。さらに井水（２０℃）により周囲温度以下（たとえば外気温３３℃以上）まで冷却除湿する場合は、井水との温度差５℃まで冷却できるとして、
ｔａｂ’＝２５℃（２０℃＋５℃）
まで冷却除湿することができる。この状態は図２の符号Ｊ３に対応する。またこの時の絶対湿度Ｘａｂ’＝２．９（ｇ／ｋｇ’）である。この実施例でわかるように、クーリングタワーを用いたアフタークーラによる冷却だけでもかなりの除湿効果があるが、さらに井水による熱交換を併用すると、管路内結露を防ぐために充分な除湿効果を得ることができる。
【００３５】
（ｂ）［水量バランス］ コンプレッサ６００ｋｗ、空気量Ｑａ６，０００Ｎｍ３／ｈの場合
井水量（Ｖ１）＝必要冷却量ｑ１÷１０℃（利用温度差） である。
となる（ただし水の蒸発潜熱６００ｋｃａｌ／ｋｇ）。したがって
必要冷却量（ｑ１）＝（１）＋（２）＝３３，４００ｋｃａｌ／ｈ
となるから、水の熱容量１ｍ３：１，０００ｋｃａｌ／℃より、
必要井水量（Ｖ１）＝３３，４００÷１，０００÷１０＝３．３４ｍ３／ｈ
となる。
【００３６】
冷却水量（Ｖ２）＝インタークーラ冷却水量Ｖ２’＋アフタークーラ冷却水量Ｖ”である。また
インタークーラ冷却水量（Ｖ２’）＝インタークーラ冷却量ｑ２’÷６℃（利用温度差）である。インタークーラの入り口空気温度１５５℃、出口空気温度４０℃とすると、
インタークーラ冷却量（ｑ２’）＝６，０００×１．２×０．２４×（１５５−４０）≒１９９，０００ｋｃａｌ／ｈ
となる。したがって熱ロスを１０％見込んで
インタークーラ冷却水量（Ｖ２’）＝１９９，０００÷１，０００÷６×１．１≒３６．５ｍ３／ｈ
となり、オイルクーラなどの冷却分約２０％を見込むと、
Ｖ２’＝３６．５×１．２＝４４ｍ３／ｈ
となる。
【００３７】
他方、アフタークーラ冷却水量（Ｖ２”）＝アフタークーラ冷却量ｑ３’÷５℃（利用温度差）である。
アフタークーラ冷却量（ｑ３）＝６，０００×１．２×０．２４×（１７５−３７）≒２３９，０００ｋｃａｌ／ｈ
であるから、熱ロス１０％見込んで、
アフタークーラ冷却水量（Ｖ２”）＝２３９，０００÷１，０００÷５×１．１≒５３ｍ３／ｈ
となる。したがって
冷却水量（Ｖ２）＝Ｖ２’＋Ｖ２”＝４４＋５３＝９７ｍ３／ｈ
である。
【００３８】
通常、インタークーラ、アフタークーラは、冷却水利用温度差を５〜１０℃の範囲で設計されており、上記利用温度差でも問題はない。
【００３９】
インタークーラおよびアフタークーラで必要な冷却水の流量Ｖ２ に対する井水の流量Ｖ１の割合はＶ１／Ｖ２＝３．３４／９７≒０．０３４＝３．４％である。このように井水の必要量は冷却水流量の約３．４％であり、通常必要なクーリングタワーの補給量とほぼ同程度である。すなわち無駄に使用していた補給水の冷熱を有効に利用するだけで足りることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の除湿再熱装置を備えた圧縮空気供給システムの全体を示す配管系統図である。
【図２】図１のシステムの除湿再熱装置の作用を示すグラフである。
【図３】図１のシステムの再熱用熱交換器の作用を示すグラフである。
【図４】本発明の除湿装置を備えた圧縮空気供給システムの他の実施形態を示す配管系統図である。
【図５】従来の圧縮空気供給システムの一例を示す配管系統図である。
【図６】非特許文献１の圧縮空気脱湿脱油装置の概略図である。
【符号の説明】
１０ 圧縮空気供給システム
１１ コンプレッサ
１２ 除湿再熱装置
１４ １段目の圧縮部
１５ ２段目の圧縮部
１６ 管路
１７ インタークーラ
Ｍ モータ
ＣＴ クーリングタワー
１８ 冷却水供給管路
１９ 戻り管路
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 供給エア管路
２１ 再熱用熱交換器
２２ アフタークーラ
２３ 補給水管路
２３ａ、２３ｂ 接続管路
２４ 井水利用の熱交換器
２５ バイパス管路
Ｖ１ 流量調整バルブ
Ｔ 温度センサ
ＴＩＣ１ 温度制御装置
Ｖ２ 流量調整バルブ
ＴＩＣ１、ＴＩＣ２ 温度制御装置
２７ バイパス管路
３０ 圧縮空気供給システム
ＣＴ１ 第１クーリングタワー
ＣＴ２ 第２クーリングタワー
３１ 冷却除湿塔
３２ 管路
３３ デミスタ
３４ フィルタ
１０１ コンプレッサ
１０２ 冷凍式ドライヤ
１０３ １段目の圧縮部
１０４ ２段目の圧縮部
１０５ インタークーラ
ＣＴ１、ＣＴ２ クーリングタワー
１０７ 供給エア管路
１０８ アフタークーラ
１０９ 補給水管路
１１０ ポンプ
１１２ 蒸発器
１１３ 凝縮器
１１４ レヒータ
１１６ 熱交換器
１１７ 蒸発弁
１２０ 圧縮空気脱湿脱油装置
１２１ クーリングタワー
１２２ 冷却水循環ポンプ
１２３ 冷却除湿塔
１２４ 空気入り口
１２５ 空気出口
１２６ ドレン
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮空気の除湿装置および除湿再熱装置に関する。さらに詳しくは、工場内の圧縮空気用配管などに圧縮空気を供給する圧縮空気供給システムに用いる除湿装置および除湿再熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献１】墨田施設工業株式会社のクーリングタワー式の圧縮空気脱湿脱油装置（商品名ハイグロマスター）のカタログ
【特許文献１】特開昭４８−９１６６８号公報
【０００３】
従来の工場内の圧縮空気配管への圧縮空気の供給は、たとえば図５に示すような、２段圧縮式のコンプレッサ１０１と、そのコンプレッサから供給される圧縮空気を冷却して除湿するための冷凍式のドライヤ１０２とから構成される圧縮空気供給システム１００によって行われている。前記コンプレッサ１０１の１段目の圧縮部１０３から２段目の圧縮部１０４に到る管路の途中には、インタークーラ１０５が介在されている。そのインタークーラ１０５は、第１のクーリングタワーＣＴ１から供給される冷却水で冷却される。さらに２段目の圧縮部１０４の出口側に連結される供給エア管路１０７は、前記第１のクーリングタワーＣＴ１から供給される冷却水で冷却されるアフタークーラ１０８に連結され、さらに前述のドライヤ１０２に到っている。前記第１のクーリングタワーＣＴ１には、井水などを補給水として供給する補給水管路１０９が連結されている。なお、符号１１０は冷却水用のポンプである。
【０００４】
前記冷凍式のドライヤ１０２は、供給エア管路１０７に介在される蒸発器１１２と、その蒸発器１１２から戻ってくる冷媒の蒸気を圧縮する圧縮機（コンプレッサ）１１３と、供給エア管路１０７における蒸発器１１２の下流側に設けられ、前記圧縮機１１３から出てくる高温高圧の冷媒蒸気と供給エア管路１０７内の空気とを熱交換して圧縮空気を３０℃程度まで加熱するレヒータ１１４とを有する。さらにこのドライヤ１０２は、第２のクーリングタワーＣＴ２と、そのクーリングタワーからの冷却水とレヒータ１１４から出てくる冷媒とを熱交換する熱交換器（凝縮器）１１６を備えている。その熱交換器１１６から出てくる冷媒が、蒸発弁１１７を介して前記蒸発器１１２に送られ、気化熱で圧縮空気を冷却・除湿するように配管している。なお、クーリングタワーＣＴ１、ＣＴ２は、とくに２台に分ける必要ななく、１台のクーリングタワーからコンプレッサ１０１と冷凍式のドライヤ１０２に冷却水を供給してもよい。
【０００５】
他方、非特許文献１には、図６に示すような、クーリングタワー式の圧縮空気脱湿脱油装置１２０が開示されている。この装置では、クーリングタワー１２１から冷却水循環ポンプ１２２で送り出される冷却水が、冷却除湿塔１２３内で圧縮空気と熱交換され、再びクーリングタワー１２１に戻るように構成されている。冷却除湿塔１２３には、空気入り口１２４から流入した圧縮空気が冷却除湿され、上部の空気出口１２５から出ていく。符号１２６は、圧縮空気から除かれた水分を排出するためのドレンである。このものは、冷凍機を用いずに、クーリングタワー１２１から供給される冷却水で圧縮空気を除湿する点で、図５のものより簡易な構成となっている。なお、図５の装置におけるアフタークーラ１０８に代えて、冷却除湿作用を奏する冷却除湿塔１２３を採用したものとも考えられる。
【０００６】
特許文献１には、上記の非特許文献１の冷却除湿塔１２３に、冷却液を散布し、それにより圧縮空気中の油分を溶解して捕捉する圧縮空気除油除湿方法および装置が開示されている。このものの除湿作用は、非特許文献１と同様であると考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図５の一般的な圧縮空気供給システム１００は、冬季のもっとも不利な条件で冷凍式のドライヤ１０２を選定し、除湿を行うので、供給される圧縮空気の除湿は充分に行われ、高品質な圧縮空気を供給することができる。しかし冷凍冷却を用いるので、消費動力が大きく、過除湿による無駄な体積減少が行われるといった問題がある。また、冷却水の水質維持のために井水などを補給水として利用しているが、その冷熱は充分に活用されていない。
【０００８】
他方、非特許文献１の装置１２０は、冷凍機が不要である半面、充分な除湿作用を得るには大がかりな冷却除湿塔１２３が必要である。また、この装置１２０においても、クーリングタワー１２１に供給される補給水の冷熱が有効利用されておらず、無駄に消費されている。
【０００９】
本発明は、配管内で結露しない程度、すなわち過度の低露点を必要としない程度の圧縮空気の除湿の要求に対して好適に採用することができ、消費電力が少なく、過除湿による無駄な体積減少が少ない圧縮空気の除湿再熱装置を提供することを技術課題としている。さらに本発明は、クーリングタワーに用いられる補給水の冷熱の有効利用を図り、それにより消費電力を低減させうる圧縮空気の除湿装置を提供することをも技術課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧縮空気の除湿装置（請求項１）は、クーリングタワーによって供給される冷却水と熱交換するアフタークーラを備えたコンプレッサに用いる除湿装置であって、前記コンプレッサから供給される圧縮空気を通す供給エア管路と、前記クーリングタワーに水を補給するための補給水管路と、前記供給エア管路の途中に介在される前記アフタークーラの下流側に設けられ、供給エア管路と補給水管路との間で熱を交換する熱交換器とを備え、前記補給水管路内の補給水によって圧縮空気を冷却するものであることを特徴としている。
【００１１】
本発明の除湿再熱装置（請求項２）は、前記除湿装置と、その除湿装置の熱交換器から出てくる供給エアと前記アフタークーラ上流側の高温エアとの間で熱交換する再熱用熱交換器とを備えていることを特徴としている。
【００１２】
【作用および発明の効果】
本発明の除湿装置（請求項１）は、クーリングタワーに補給される井水などの補給水と圧縮空気との間で熱交換する熱交換器を採用しているので、補給水の冷熱を有効に利用することができる。なお、クーリングタワーに送られる補給水は、クーリングタワー内で利用されている水の自然蒸発などによる不足分を補ない、水質を維持するだけのものであるので、幾分かの温度上昇には影響されない。本発明の装置では、その未利用エネルギを有効活用し、冷凍冷却を行わないことにより、動力消費を削減することができる。さらに本発明の装置では上記のように冷凍冷却によらないため、適度な除湿が行われ、過除湿による体積減少を小さくすることができる。
【００１３】
また、コンプレッサから出てきた高温の圧縮空気を、一旦クーリングタワーから送られる冷却水である程度冷却し、その後、さらに低い温度場が得られる井水などの補給水で過冷却するので、冷却除湿効果が高い。
【００１４】
本発明の除湿再熱装置（請求項２）は、前記除湿装置と同一の作用効果を奏する。さらに熱交換器から出てくる圧縮空気が、前記アフタークーラ上流側の高温エアによって再熱される。そのため最終的に送出される圧縮空気が体積膨張し、エネルギが増加する。それにより、アフタークーラで熱交換され、クーリングタワーで放熱されていた熱エネルギを有効に利用することができ、コンプレッサの運転動力を削減することができる。さらに温度上昇により、管内結露が生じにくくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎに図面を参照しながら本発明の除湿再熱装置の実施の形態を説明する。図１は本発明の除湿再熱装置を備えた圧縮空気供給システムの全体を示す配管系統図、図２および図３はそれぞれ図１のシステムの除湿再熱装置の作用を示すグラフ、図４は本発明の除湿再熱装置を備えた圧縮空気供給システムの他の実施形態を示す配管系統図である。
【００１６】
図１の圧縮空気供給システム１０は、コンプレッサ１１と、そのコンプレッサから供給される圧縮空気を冷却して除湿し、さらに再熱するための除湿再熱装置１２とから構成されている。このコンプレッサ１１は、図５の圧縮空気供給システム１００に用いられているものと実質的に同じものであるが、アフタークーラ２２がコンプレッサ１１の内部でなく、除湿再熱装置１２側に配置されている。なおこのシステム１０ではクーリングタワーＣＴが１基だけであるが、図４や図５の場合と同様に、２基、あるいはそれ以上設けてもよい。
【００１７】
この実施形態では、コンプレッサ１１として、１段目の圧縮部１４から２段目の圧縮部１５に到る管路１６の途中にインタークーラ１７を備えている２段圧縮式のタイプを採用している。各圧縮部１４、１５を構成するコンプレッサの形式は、レシプロ式、ターボ式、スクリュー式のいずれでもよいが、通常はスクリュー式が多く用いられる。１段目の圧縮部１４および２段目の圧縮部１５は共通のモータＭで駆動される。前記インタークーラ１７は、クーリングタワーＣＴから供給される冷却水と熱交換して冷却されるように、冷却水供給管路１８および戻り管路１９でクーリングタワーＣＴに連結されている。冷却水の温度はたとえば１０℃〜３２℃程度であり、夏期を考慮して設計ではたとえば３２℃程度に設定する。クーリングタワーＣＴには、補給水管路２３により井水が補給水として供給される。
【００１８】
前記２段目の圧縮部１５の出口側には供給エア管路２０が連結され、その供給エア管路２０が前述の除湿再熱装置１２側に接続されている。この除湿再熱装置１２では、前記コンプレッサ１１から出てくる供給エア管路２０が再熱用熱交換器２１の高温側に接続され、その再熱用熱交換器２１の高温側から出てくるエア供給管路２０ａは、さらにアフタークーラ２２に連結されている。このアフタークーラ２２には、前記クーリングタワーＣＴから分岐された冷却水供給管路１８および戻り管路１９で供給される冷却水と熱交換されて冷却される。冷却水供給管路１８で供給される水は、前述と同じ温度、すなわち１０〜３２℃程度であり、設計では３２℃程度である。戻り管路１９でクーリングタワーＣＴに戻る水は、たとえば１５℃〜４２℃程度であり、設計では３７℃程度に設定される。
【００１９】
アフタークーラ２２から出てくるエア供給管路２０ｂは、さらに井水利用の熱交換器２４に連結されている。この熱交換器２４は、前記補給水管路２３から分岐される接続管路２３ａ、２３ｂと連結されており、アフタークーラ２２から出た圧縮空気はクーリングタワーＣＴに供給される前の井水（補給水）でさらに冷却され、除湿される。井水の温度はたとえば１５℃〜２０℃程度であり、設計では２０℃程度である。
【００２０】
この熱交換器２４から出てくるエア供給管路２０ｃは、アフタークーラ２２で冷却される前の圧縮空気と熱交換されるように、前述の再熱用熱交換器２１の低温側に戻るように接続されている。そして再熱用熱交換器２１の低温側から出てくるエア供給管路２０ｄ、すなわち除湿再熱装置１２から出ていく配管は、最終的に工場内配管など、目的とする配管に接続される。
【００２１】
なお、その再熱用熱交換器２１の低温側に入る前のエア供給管路２０ｃと、出てからのエア供給管路２０ｄとは、バイパス管路２５によって接続されており、その途中に流量調整バルブＶ１が介在されている。その流量調整バルブＶ１の開閉アクチュエータは、前記出てからのエア供給管路２０ｄの温度を検出する温度センサＴからの信号で開度が調節されるように、温度制御装置ＴＩＣ１と信号伝達可能に連結されている。使用される信号は通常は電気信号であるが、圧力信号など、他の信号でもよい。その温度制御装置ＴＩＣ１では、エア供給管路２０ｄ内の圧縮空気の温度が所定の温度よりも高くなると、バイパス管路２５の流量を増大させて再熱用熱交換器２１を通らない圧縮空気の流量を多くし、除湿再熱装置１２から出ていく圧縮空気の温度を下げる。逆に温度が低くなるとバイパス管路２５の流量を減らすように制御させる。調節する温度範囲は圧縮空気の目的によって異なるが、熱膨張によって内部エネルギを増加させるのに好ましい範囲、たとえば５０℃〜６０℃とする。
【００２２】
前記温度センサＴは、供給エアが消費されるユースポイントの近傍に設置し、そのユースポイントでの圧縮空気温度などを検出するのが好ましい。それにより、ユースポイントでの最適な温度となるように温度制御装置ＴＩＣ１で調整した圧縮空気を供給することができる。
【００２３】
前述のように、クーリングタワーＣＴに井水（補給水）を供給する補給水管路２３は、接続管路２３ａ、２３ｂおよび熱交換器２４を通った上でクーリングタワーＣＴに接続されるが、この実施形態では、熱交換器２４に入る前の接続管路２３ａと出てからの接続管路２３ｂの間を接続するバイパス管路２７を設け、その途中に流量調整バルブＶ２を介在している。この流量調整バルブＶ２は、井水の温度やクーリングタワーからの冷却水の温度を検出するセンサＴ１、Ｔ２と制御装置ＴＩＣ２によって、Ｔ２＜Ｔ１のとき、補給水（井水）を熱交換器２４を通さずにバイパスさせるように制御する。ただしバイパス管路や流量調整バルブはとくに設けなくてもよい。
【００２４】
上記のように構成される除湿再熱装置１２では、コンプレッサ１１から供給される圧縮空気が再熱用熱交換器２１で冷却される。圧縮空気の温度はたとえば１８０℃〜２２０℃、とくに２００℃であり、その温度から１６５℃程度まで低下する。圧縮空気はアフタークーラ２２でさらに冷却され、たとえば３５℃〜４５℃まで、とくに３７℃まで冷却される。さらにその圧縮空気は井水を用いた熱交換器２４で、たとえば２０℃〜３０℃まで、とくに２５℃まで冷却される。そしてこのような一連の冷却により、圧縮空気中に含まれていた水分が凝縮されて水滴となり、ドレンを通じて排出される。それにより管路内に結露をしない程度に乾燥した圧縮空気が供給される。
【００２５】
さらに上記の実施形態では、井水を利用した熱交換器２４から出てくる圧縮空気が再熱用熱交換器２１により、たとえば５０℃〜７０℃まで、とくに６０℃まで加熱される。それにより圧縮空気が絶対温度の比で体積膨張し、供給できるエネルギが増加する。なお、圧力が一定であれば容積が増加し、容積が制限されていれば圧力が増加することになる。たとえば井水を用いた熱交換器２４で２５℃まで冷却された空気を再熱用熱交換器２１で、６０℃まで加熱すると、（６０＋２７３）／（２５＋２７３）≒１．１５まで熱膨張することになり、圧力が一定とすれば、送出する圧縮空気の容積が約１５％増加することになる。すなわち送出するエネルギが約１５％増加することになり、再熱を行わない場合に比して、コンプレッサ１１を稼働する動力をその分、削減することができる。それにより、省力化および二酸化炭素排出量の低減に資することができる。さらに単に再熱用熱交換器２１の加熱により供給される圧縮空気の相対湿度が下がるので、エア供給管２０ｄに管内結露が生じにくくなる利点がある。上記のように、再熱用熱交換器２１を用いることにより、アフタークーラで熱交換され、クーリングタワーにて大気へ放熱されていた熱エネルギを有効に利用することができ、コンプレッサ動力を削減することができる。
【００２６】
つぎに図２を参照して、上記の除湿再熱装置１２で圧縮空気を除湿する作用を説明する。図２の横軸ｘは圧縮空気の温度ｔであり、縦軸ｙは絶対湿度である。そして破線で示す第１曲線Ｓ１は、圧縮空気が７Ｋのときの飽和蒸気（露点）を示す曲線である。また、実線で示す第２曲線Ｓ２は、除湿再熱装置１２に入ってきた圧縮空気が冷却および加熱によって温度および湿度が変化していく状態を示している。すなわちコンプレッサ１１から出た直後の圧縮空気は、第２曲線Ｓ２の上の符号Ｊ１で示す点（温度２００℃、絶対湿度２０ｇ／ｋｇ）であり、アフタークーラで冷却されるに従って矢印Ｎのように温度および湿度が低下する。なお第２曲線Ｓ２上の符号Ｒは、再熱に使用することで冷却されたことを示す。ただしこの冷却の負荷は小さい。
【００２７】
そして圧縮空気が第１曲線Ｓ１に交わると（符号Ｊ２）、すなわち露点まで低下した後（温度３７℃、絶対湿度５．８ｇ／ｋｇ）、さらに井水を利用した熱交換器により符号Ｊ３の位置（２５℃程度）まで冷却される。それにより絶対湿度が２．９ｇ／ｋｇ程度まで低下する。この状態で再熱により６０℃程度まで加熱されると、絶対湿度が変わらず、相対湿度が１０〜２０％程度まで低下し、乾燥した圧縮空気が得られる。なお、図２のグラフで符号Ｋは、外気温（たとえば３３℃）であり、供給される圧縮空気の絶対湿度はこの点の露点より下側であるので、エア供給管２０ｄの管路内では結露が生じない。
【００２８】
ちなみに図２の符号Ｊ４は、図５のような従来の冷凍式ドライヤで圧縮空気を除湿する場合を示しており、管路の結露を防止するレベルよりも遙かに低温まで冷却していることが分かる。その場合は過度の冷却で体積減少が大きくなっている。
【００２９】
図３は図１の除湿再熱装置１２と図５の冷凍式のドライヤ１０２の除湿作用を比較して示すグラフである。コンプレッサ１１、１０１から供給された圧縮空気は双方とも乾燥空気（乾空気）Ａと水分Ｗを含有している。図１の除湿再熱装置１２では、この水分Ｗのうち、符号Ｗ１に相当する水分を除湿しており、そのため除湿後の送気量はＡ＋Ｗ２である。他方、冷凍式のドライヤ１０２では、符号Ｗ３に相当する水分を除湿しており、そのため送気量はＡ＋Ｗ４である。したがって管路に結露を生じない程度の除湿でよいのであれば、冷凍式のドライヤでは、いわば「Ｗ２−Ｗ４」の過除湿を生じている。そして必要な動力についても、図１の除湿再熱装置１２の方が、冷凍機が不要である分、少なくて済む。
【００３０】
上記のようにクーリングタワーＣＴとアフタークーラ２２による冷却除湿、井水を用いた熱交換器２４による冷却除湿、さらに再熱用熱交換器２１による再熱・熱膨張を組み合わせると、冷凍機を用いなくても管路内結露を生じない程度の除湿が実現できる。そして再熱による熱膨張を用いていることも相まって、冷凍機を用いる場合よりも送気量が増加し、動力も減少させることができる。
【００３１】
前述の除湿再熱装置の実施形態では再熱用熱交換器２１によって供給前の圧縮空気を再熱しているが、場合によっては再熱せずに直接用途の管路に供給するようにしてもよい。その場合でも、井水などのクーリングタワーの補給水で圧縮空気を冷却除湿することに基づく、使用動力の減少、過剰な体積減少の抑制など、前述の作用効果を奏することができる。その場合は除湿再熱装置ではなく、除湿装置となる。
【００３２】
図４に示す圧縮空気供給システム３０は、クーリングタワーＣＴ１、ＣＴ２を２基設けている点、および熱交換器２４とアフタークーラ２２を１台の除湿塔３１内に一体に設けた点を除けば実質的に図１のシステム１０と同じである。このシステム３０では、クーリングタワーは、コンプレッサ１１に冷却水を供給する第１クーリングタワーＣＴ１と、アフタークーラ２２に冷却水を供給する第２クーリングタワーＣＴ２に分かれている。ただし図１の場合と同じく、１基で両方に冷却水を供給するようにしてもよい。これらの冷却塔は、いずれも密閉型、開放型のいずれを用いてもよい。前記除湿塔３１は、下方から導入した圧縮空気を矢印Ｐで示すように、一旦上方にあげる管路３２を備えている。そしてアフタークーラ２２は、その下側に設けた熱交換器２４と組み合わされており、一旦上昇した圧縮空気がアフタークーラ２２と熱交換器２４に順に通されて冷却されるようにしている。なお、符号３３は圧縮空気中の水滴を取り除くためのデミスタであり、符号３４はエア供給管路２０ｄに設けたフィルタである。
【００３３】
すなわちこの冷却除湿塔３１では、コンプレッサ１１からでた圧縮空気はまずアフタークーラ２２において第２クーリングタワーＣＴ２から供給される冷却水と熱交換されて冷却され、ついで熱交換器２４において、さらに低温の井水で過冷却される。そして上昇する途中でデミスタ３３で水分が取り除かれ、除湿される。さらに除湿された圧縮空気は、再熱用熱交換気器２１で加熱されて体積が膨張し、圧縮空気の送出量が増大すると共に、管内結露が一層防止される。また、熱交換器２４とアフタークーラ２２を１台の冷却除湿塔３１で一体化することにより、装置がコンパクトになる。さらに冷却除湿塔３１を耐圧性のタンクとすることにより、圧力の脈動を抑制するエアバッファの作用が奏される。したがって別途エアバッファを設ける必要がない。
【００３４】
【実施例】
つぎに具体的な除湿装置の実施例をあげて、その作用および効果を説明する。なお、この実施例は、一般的な環境および要求仕様に基づいて設計した値に基づくものである。
（ａ）［井水利用の熱交換の効果］
アフタークーラにより冷却された圧縮空気の温度（露点温度）は、
ｔａｂ＝冷却水入口温度（ｔｗ）＋α
と表すことができる。ただしαは熱交換後の圧縮空気と冷却水の温度差である。外気条件が、気温３３℃、湿度６３％、湿球温度（ｗＢ）２７℃のとき、アフタークーラへの冷却水送水はｔｗ３２℃となる。前記温度差αを５℃とすると、アフタークーラから出てくる圧縮空気の温度は、
ｔａｂ＝３７℃（３２＋５℃）
となる。この状態は図２の符号Ｊ２に対応する。またこの時の絶対湿度Ｘａｂ＝５．８（ｇ／ｋｇ’）である。さらに井水（２０℃）により周囲温度以下（たとえば外気温３３℃以上）まで冷却除湿する場合は、井水との温度差５℃まで冷却できるとして、
ｔａｂ’＝２５℃（２０℃＋５℃）
まで冷却除湿することができる。この状態は図２の符号Ｊ３に対応する。またこの時の絶対湿度Ｘａｂ’＝２．９（ｇ／ｋｇ’）である。この実施例でわかるように、クーリングタワーを用いたアフタークーラによる冷却だけでもかなりの除湿効果があるが、さらに井水による熱交換を併用すると、管路内結露を防ぐために充分な除湿効果を得ることができる。
【００３５】
（ｂ）［水量バランス］ コンプレッサ６００ｋｗ、空気量Ｑａ６，０００Ｎｍ３／ｈの場合
井水量（Ｖ１）＝必要冷却量ｑ１÷１０℃（利用温度差） である。
必要冷却量（ｑ１）＝（１）＋（２）＝３３，４００ｋｃａｌ／ｈ
となるから、水の熱容量１ｍ３：１，０００ｋｃａｌ／℃より、
必要井水量（Ｖ１）＝３３，４００÷１，０００÷１０＝３．３４ｍ３／ｈ
となる。
【００３６】
冷却水量（Ｖ２）＝インタークーラ冷却水量Ｖ２’＋アフタークーラ冷却水量Ｖ”である。また
インタークーラ冷却水量（Ｖ２’）＝インタークーラ冷却量ｑ２’÷６℃（利用温度差）である。インタークーラの入り口空気温度１５５℃、出口空気温度４０℃とすると、
インタークーラ冷却量（ｑ２’）＝６，０００×１．２×０．２４×（１５５−４０）≒１９９，０００ｋｃａｌ／ｈ
となる。したがって熱ロスを１０％見込んで
インタークーラ冷却水量（Ｖ２’）＝１９９，０００÷１，０００÷６×１．１≒３６．５ｍ３／ｈ
となり、オイルクーラなどの冷却分約２０％を見込むと、
Ｖ２’＝３６．５×１．２＝４４ｍ３／ｈ
となる。
【００３７】
他方、アフタークーラ冷却水量（Ｖ２”）＝アフタークーラ冷却量ｑ３’÷５℃（利用温度差）である。
アフタークーラ冷却量（ｑ３）＝６，０００×１．２×０．２４×（１７５−３７）≒２３９，０００ｋｃａｌ／ｈ
であるから、熱ロス１０％見込んで、
アフタークーラ冷却水量（Ｖ２”）＝２３９，０００÷１，０００÷５×１．１≒５３ｍ３／ｈ
となる。したがって
冷却水量（Ｖ２）＝Ｖ２’＋Ｖ２”＝４４＋５３＝９７ｍ３／ｈ
である。
【００３８】
通常、インタークーラ、アフタークーラは、冷却水利用温度差を５〜１０℃の範囲で設計されており、上記利用温度差でも問題はない。
【００３９】
インタークーラおよびアフタークーラで必要な冷却水の流量Ｖ２ に対する井水の流量Ｖ１の割合はＶ１／Ｖ２＝３．３４／９７≒０．０３４＝３．４％である。このように井水の必要量は冷却水流量の約３．４％であり、通常必要なクーリングタワーの補給量とほぼ同程度である。すなわち無駄に使用していた補給水の冷熱を有効に利用するだけで足りることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の除湿再熱装置を備えた圧縮空気供給システムの全体を示す配管系統図である。
【図２】図１のシステムの除湿再熱装置の作用を示すグラフである。
【図３】図１のシステムの再熱用熱交換器の作用を示すグラフである。
【図４】本発明の除湿装置を備えた圧縮空気供給システムの他の実施形態を示す配管系統図である。
【図５】従来の圧縮空気供給システムの一例を示す配管系統図である。
【図６】非特許文献１の圧縮空気脱湿脱油装置の概略図である。
【符号の説明】
１０ 圧縮空気供給システム
１１ コンプレッサ
１２ 除湿再熱装置
１４ １段目の圧縮部
１５ ２段目の圧縮部
１６ 管路
１７ インタークーラ
Ｍ モータ
ＣＴ クーリングタワー
１８ 冷却水供給管路
１９ 戻り管路
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 供給エア管路
２１ 再熱用熱交換器
２２ アフタークーラ
２３ 補給水管路
２３ａ、２３ｂ 接続管路
２４ 井水利用の熱交換器
２５ バイパス管路
Ｖ１ 流量調整バルブ
Ｔ 温度センサ
ＴＩＣ１ 温度制御装置
Ｖ２ 流量調整バルブ
ＴＩＣ１、ＴＩＣ２ 温度制御装置
２７ バイパス管路
３０ 圧縮空気供給システム
ＣＴ１ 第１クーリングタワー
ＣＴ２ 第２クーリングタワー
３１ 冷却除湿塔
３２ 管路
３３ デミスタ
３４ フィルタ
１０１ コンプレッサ
１０２ 冷凍式ドライヤ
１０３ １段目の圧縮部
１０４ ２段目の圧縮部
１０５ インタークーラ
ＣＴ１、ＣＴ２ クーリングタワー
１０７ 供給エア管路
１０８ アフタークーラ
１０９ 補給水管路
１１０ ポンプ
１１２ 蒸発器
１１３ 凝縮器
１１４ レヒータ
１１６ 熱交換器
１１７ 蒸発弁
１２０ 圧縮空気脱湿脱油装置
１２１ クーリングタワー
１２２ 冷却水循環ポンプ
１２３ 冷却除湿塔
１２４ 空気入り口
１２５ 空気出口
１２６ ドレン
Claims (2)
- クーリングタワーによって供給される冷却水と熱交換するアフタークーラを備えたコンプレッサに用いる除湿装置であって、
前記コンプレッサから供給される圧縮空気を通す供給エア管路と、前記クーリングタワーに水を補給するための補給水管路と、前記供給エア管路の途中に介在される前記アフタークーラの下流側に設けられ、供給エア管路と補給水管路の間で熱を交換する熱交換器とを備え、前記補給水管路内の補給水によって圧縮空気を冷却する、圧縮空気の除湿装置。 - 請求項１記載の除湿装置と、
その除湿装置の熱交換器から出てくる供給エアと前記アフタークーラ上流側の高温エアとの間で熱交換する再熱用熱交換器
とを備えている圧縮空気の除湿再熱装置。
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2003
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